一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，用水泥、粉煤灰、砂、石和水配制混凝土，其特征在于，用经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰替代5-20％质量分数的水泥。该方法能有效提高混凝土的抗冻融能力，并保证混凝土具有良好的力学性能，同时能有效固化水洗预处理焚烧飞灰中残余有害重金属离子，使配制的混凝土在遭受冻融破坏后重金属离子也不易浸出，符合相关的国家安全标准。本发明将城市的垃圾焚烧飞灰再利用，符合国家的资源再生可持续发展战略目标，具有较高的社会效益和经济效益。
【专利说明】一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能 的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属建筑材料【技术领域】，具体涉及一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混 凝土抗冻融性能的方法。
【背景技术】
[0002] 混凝土的耐久性是指其抵抗环境介质作用并长期保持良好的使用性能和外观完 整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。其中，混凝土在饱水状态下因冻融循 环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土的抗冻耐久性（简称抗冻性）即是指饱水混凝土 抵抗冻融循环作用的性能。混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破 坏的必要条件，因此，混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构 物，如水位变化区的海工、水工混凝土结构物以及与水接触部位的道路、建筑物勒脚、阳台 等。在我国东北、华北和西北地区的水利大坝，尤其是东北严寒地区的混凝土结构物，几乎 100%的工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。混凝土冻融循环产生的破坏作用 主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面，水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土 的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的耐用性，因此为了提 高混凝土结构的耐久性能，保证人民群众财产及人身的安全，提高能源环境资源利用效率， 研究提高混凝土的抗冻性有着极其重要意义。
[0003] 通常情况下，混凝土的冻融破坏是一个极其复杂的物理变化过程，而且受许多因 素的影响。（诸如：混凝土中孔隙的充水程度、水灰比、水泥品种及集料质量、含气量、环境 温度以及反复冻融的次数等。）因此，对于混凝土冻融破坏的机理难以得出一致性的定论， 主要有以下一些具有代表性的理论：冰的分离层理论、充水系数理论、渗透压理论、水压力 理论、孔结构理论。上述几种理论从不同角度阐述了混凝土冻融破坏的机理，尽管这些理 论相互之间还有分歧，但是一般可以认为混凝土的冻融破坏是一个由表及里，先大孔后小 孔的物理变化过程。由于水结成冰产生体积膨胀，在混凝土中形成内压力，当这种内压力 超过混凝土所能承受的极限时，引起混凝土内部孔隙和裂隙不断地发育，由小变大，由短 变长，相互贯通，最终导致混凝土破坏。
[0004] 传统的提高混凝土抗冻性的方法主要有：严格控制水灰比、添加引气剂、掺入适量 的优质矿物掺合料以及采用树脂浸渍混凝土四种。然而，这些方法都不可避免地提高了混 凝土的生产成本，消耗了更多的自然资源。
[0005] 焚烧飞灰主要化学组成是Si02、Ca0、Al20 3和Fe2O3，与目前正在大量应用的高炉矿 渣、粉煤灰等掺合料非常接近，且具有一定的活性，因而水化后期飞灰的二次反应产物填充 了水泥的较大孔隙；另一方面，飞灰颗粒粒径较细，使其在混凝土中能够起到一定的填充微 细孔的作用。因而混凝土中掺入飞灰能使混凝土内部的孔径细化，降低了冰点，从而可以有 效地改善混凝土的抗冻性能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提出一种合理利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻 性能的方法。
[0007] 本发明利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，其技术方案 为：用水泥、粉煤灰、砂、石和水配制混凝土，其特征在于，用经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰 替代5-20 %质量分数的水泥。
[0008] 所述经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰主要化学组成是Si02、CaCKAl2O 3和Fe2O3，且通 过水洗预处理使飞灰的浸出毒性低于国家标准GB 5085. 3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒 性鉴别》。所述经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰粒径集中在3-55 μ m。
[0009] 优选地，粉煤灰与水泥的质量比为17-20%。
[0010] 优选地，所配制的混凝土中还添加有质量为水泥的〇. 5-1 %的外加剂。所述外加剂 主要为减水剂。
[0011] 本发明利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰代替部分水泥，并配以粉煤灰以及外加剂等 材料进行复合改性，在保证混凝土力学性能的前提下，有效提高混凝土的抗冻性能，且使混 凝土在遭受冻融破坏后的重金属离子浸出符合国家相关的环境安全标准。本发明不仅为我 国垃圾飞灰处置打开了一条新的出路，有效处理了废弃物，改善了城市环境，节约了土地资 源，同时也将为能耗巨大的建筑行业提供一条绿色环保之路，有利于推动全国垃圾焚烧飞 灰的管理向"零填埋"、"零风险"方向发展，具有巨大的社会与经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为不同形状飞灰颗粒SEM图像。
【具体实施方式】
[0013] 本发明中所用的水洗预处理垃圾焚烧飞灰的基本性能
[0014] 本发明所用的垃圾焚烧飞灰原样取自上海浦东新区御桥生活垃圾焚烧厂，由焚烧 炉收尘器收集而来，经水洗预处理后，由PEF 60 X 100颚式破碎机破碎至粒度5mm以下，投 入〇500mmXL500mm试验磨机粉磨20分钟后制得。经水洗预处理前后的主要化学成分以 及重金属含量分别见表1、表2。
[0015] 表1垃圾焚烧灰水洗预处理前后的主要化学成分
【权利要求】
1. 一种利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方法，用水泥、粉煤灰、 砂、石和水配制混凝土，其特征在于，用经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰替代5-20%质量分数 的水泥。
2. 根据权利要求1所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的 方法，其特征在于，所述经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰主要化学组成是Si0 2、CaO、Al2O3和 Fe2O3，且通过水洗预处理使飞灰的浸出毒性低于国家标准GB 5085. 3-2007《危险废物鉴别 标准浸出毒性鉴别》。
3. 根据权利要求2所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方 法，所述经水洗预处理的垃圾焚烧飞灰粒径集中在3-55 y m。
4. 根据权利要求1所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方 法，其特征在于，粉煤灰与水泥的质量比为17-20%。
5. 根据权利要求1所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方 法，其特征在于，所配制的混凝土中添加有质量为水泥的0. 5-1 %的外加剂。
6. 根据权利要求5所述的利用水洗预处理垃圾焚烧飞灰提高混凝土抗冻融性能的方 法，其特征在于，所述外加剂主要为减水剂。
【文档编号】C04B28/00GK104310880SQ201410514111
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】张贺, 俞海勇, 施惠生 申请人:同济大学, 上海建科检验有限公司